Устройство для определения поперечных смещений Советский патент 1988 года по МПК G01C15/00 

4 О9 N9

09

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и позволяет повысить точность определения CMenieHHH. В устр-ве на выходе лазерного излучателя 4 установлены фазовая четвертьволновая пластинка 5 и электрооптический модулятор 6. Вторая четвертьволновая фазовая пластинка 7 преобразует световой пучок в линейно поляризованный, падающий на анизотропный клин 10, дополненный изотропным стеклянным клином 9 до плоскопараллельной пластины для исключения преломления светового пучка. Устр-во .имеет также анализатор I1, объектив 12 и фотоприемник 13, подключенный через усилитель 14 к фазовому детектору 15, опорный вход которого связан с генератором 16. 1 ил. IS (Л

1

Изобретение относится к геодезическому приборостроению, в частности к геодезическим приборам для определения поперечных смещений.

Цель изобретения - повышение точности определения поперечных смещений.

На чертеже представлена схема устройства для определения попереч ных смещений.

Устройство содержит передатчик 1 и датчик 2, жестко укрепленный на измеряемом объекте 3. Передатчик содержит лазерный излучатель 4, фазовую четвертьволновую пластинку 5 электрооптический модулятор 6. .Датчик включает s себя четвертьволновую пластинку 7, плоскопараллельную пластину 8, состоящую из анизотропного клина 10 и изотропного клина 9, анализатор-поляризатор II, объектив 12 и фотоприемник13, подключенный через узкополосный усилитель 14 к сигнальному входу фазового детектора 15, Опорный вход ф азо- вого детектора связан с одним из выходов генератора 16, подключенного другим выходом к электрооптическому модулятору 6. На выходе фазвого детектора включен индикатор 17

Устройство работает следующим образом

Лазерный излучатель 1 посылает пучок света с азимутом & О на фа зГовую четвертьволновую пластинку 5, которая устанавливается таким образом, чтобы выходящий из нее свет бы круглополяризован. Круглополяризо- ванный световой пучок поступает на модулятор 6. Если на модулятор не п дано управляющее напряжение, то.световой пучок, проходя-.через него, не меняет состояние поляризации и, продя расстояние L, попадает на четвертьволновую фазовую пластинку 7, преобразующую круглополяризованный

световой пучок в линейно-поляризованный с азимутом 9 О , и далее на анизотропный клин 10, добавленный до плоскопараллельной пластины 8 стеклянным изотропным клином 9 для исключения преломления светового пучка.

В нулевом положении (т.е. среднем положении по длине клина относитель- но геометрического центра пучюа) поворот вектора линейно поляризованного света, преобразованного анизо гO

5

0

5

0

ропным клином, находится в прямой зависимости от геометрических параметров клина

C Uletg,

где удельное вращение кварца; 1 - длина образзтощей клина;. - угол при вершине клина.

Пройдя анизотропный клин, линейно поляризованный световой пучок с азимутом 9 ± с поступает на анализатор 11, который устанавливается таким образом, чтобы азимут его плоскости наибольшего пропускания был (5 90° ± q .

Следовательно, угол между плоскостью пропускания анализатора и вектором преимущественных колебаний линейно поляризованного света, поступающего на анализатор, равен

р /5 - 9 90°

Интенсивность света после анализатора согласно закону Малюса ( 1 Гд cos р) равна нулю и через объектив 12 на фотоприемннк 13 световой сигнал не поступает.

Если датчик сместится относительно светового пучка на величину ul, то азимут линейно поляризованного света станет равным

0г (q ± icp), где () M CiltgS,

то угол fi 90 ±il, а интенсивность света I Igcos (90°± &tf) на выходе анализатора будет отлична от нуля.

Таким образом, сигнал с фотоприемника 13 будет пропорционален величине поворота вектора преимущественных колебаний Aq , а следовательно, и линейному перемещению клина и 1. При повороте датчика вокруг оси визирования на угол ± (угол скручивания) изменится азимут фазовой четвертьволновой пластинки 7, а следовательно, и азимут линейно поляризованного света за ней. Причем азимут линейно поляризованного света после фазовой четвертьволновой пластинки станет равным 0 f , а азимут линейно поляризованного света после клина станет равным 0 i(f + &).

Но в связи с тем, что азимут плоскости наибольшего пропускания анализатора 11 также изменится на

угол 112 и станет равным П - 90° i i (i + ), то угол между плоскостью пропускания анализатора и вектором преимущественных колебаний линейно поляризованного света, поступающего на анализатор, останется без изменений, т.е.

р /5 0; - 90

Из этого следует, что интенсивность света на фотоприемнике не зависит от угла скручивания между излучателем и датчиком и не вносит погрешности в измерение величины линей- ного смешения и 1.

Б устройстве модуляция светового потока осуществляется модулятором, состоящим из фазовой четвертьволновой пластины и электрооптического кристалла. При подаче на него переменного синусоидального напряжения с генератора 1 б на выходе из модулятора будет иметь место кругополяризован- ный свет, проходящий в эллиптически поляризованный с изменением угла ориентации и угла эллиптичности, в зависимости от модулирующего параметра. Перемена параметра поляризации будет преобразовываться четвертьволновой пластинкой 7 в гармонические колебания вектора линейно поляризованного света с углом Aq ,и анализироваться поляризатором-анализатором

Таким образом, в динамическом режиме при ив связи с тем, что величину угла q поворота вектора клином в нулевом положении можно не учитьшать, так как эта величина устраняется доворотом анализатора на угол

р - ср , интенсивность света за анализатором описьшается выражением

I(t) - cos 2ujsinMt± 2Atfij ,

где ftV - девиация вектора;

sincOt

S(t) - модулирующий параметр.

Изготовление плоскопараллельной пластинки 8, состоящей из анизотропного 10 и изотропного 9 клиньев, позволяет удещевить изготовление анизотропного измерителя и сократить время его изготовления. Точность определения смещения характеризуется значением ощибки 5 10 мм.

Формула изобретения

Устройство для определения поперечных смещений, включающее последовательно расположенные неподвижно установленный лазерный излучатель и закрепленные на определяемом объекте анизотропный клиновый элемент, объектив, анализатор, фотоприемник и блок обработки информацми, отличающееся тем,.что, с целью повышения точности оно снабжено первой фазовой четв ртьвинтовой пластинкой и электрооптическим модулятором, установленными на выходе лазерного излучателя, второй фазовый четвертьволновой пластинкой, установленной перед анизотропным клиновым элеме.нтом и изотропным стеклянным клином, установленнь1м после него и дополняющим его до плоскопараллельной пластинки.